ch2_知识表示_introduction
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2011-1-14 5
知识(knowledge) 知识
知识是人们在长期的生活及社会实践中积累起来的对 客观世界的认识与经验， 客观世界的认识与经验 ， 人们把实践中获得的信息关 联在一起，就获得了知识。 联在一起，就获得了知识。
大雁向南飞” 冬天就要来临了“ 如：把“大雁向南飞”与“冬天就要来临了“这两个信息关联 在一起，得到了如下一条知识： 如果大雁向南飞， 在一起，得到了如下一条知识：“如果大雁向南飞，则冬天就 要来临了。 要来临了。”
由随机性引起的不确定性 由模糊性引起的不确定性 由不完全性引起的不确定性 由经验引起的不确定性
(3) 可表示性与可利用性 (Representation and Util ity)
知识是可用适当形式表示出来的， 知识是可用适当形式表示出来的，如：语言、文字、 语言、文字、 图形、神经网络等，所以它才得以被存储并被传播； 图形、神经网络等，所以它才得以被存储并被传播； 知识当然也可被利用， 知识当然也可被利用，我们时时都在利用它解决各种 问题。 问题。
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4
总结归纳一下，信息的定义包括以下几个要点： 总结归纳一下，信息的定义包括以下几个要点： (1) 信息是客观存在的。控制论的奠基人维纳有一句名言“信息就是信息， 信息是客观存在的。控制论的奠基人维纳有一句名言“信息就是信息， 不是物质，也不是能量”，讲的是信息的客观永恒性； 不是物质，也不是能量” 讲的是信息的客观永恒性； (2) 信息是物质世界普遍存在的东西，一切物质都无时无刻不在发出信息， 信息是物质世界普遍存在的东西，一切物质都无时无刻不在发出信息， 一切信息都是物质产生的。 一切信息都是物质产生的。 (3) 信息是客观世界中各种事物变化和特征的反映。任何事物都在不停地 信息是客观世界中各种事物变化和特征的反映。 运动和变化着，呈现出不同的状态和特征， 运动和变化着，呈现出不同的状态和特征，伴随着的信息也总是在不 断地生长和传递着。 断地生长和传递着。 (4) 信息是客观事物之间全面相互作用、全面相互联系的表征。客观世界 信息是客观事物之间全面相互作用、全面相互联系的表征。 中各种事物在一定条件下相互作用、全面联系， 中各种事物在一定条件下相互作用、全面联系，引起事物的物质结构 和量度的变化，是由信息来表现的。 和量度的变化，是由信息来表现的。 (5) 信息都是要经过传递的。只有传递才能反映事物的存在方式和运动状 信息都是要经过传递的。 任何信息只有经过传递才能被人们接受和利用。 态，任何信息只有经过传递才能被人们接受和利用。 (6) 人们获得了信息，经过加工和有序化过程，实际上就是获得了知识。 人们获得了信息，经过加工和有序化过程，实际上就是获得了知识 就是获得了知识。
在下面讨论的知识表示方法中，一阶谓词逻辑表示法， 在下面讨论的知识表示方法中，一阶谓词逻辑表示法，产生式表示法 都是用来表示这种知识的； 都是用来表示这种知识的；
形象性知识——在人类的思维中，还有一种是形象思维，通过事 在人类的思维中，还有一种是形象思维， 形象性知识 在人类的思维中 物的形象（ 一棵树，看过之后在脑子里建立起的概念） 物的形象（如：一棵树，看过之后在脑子里建立起的概念）建立 起来的知识，成为形象性知识。 起来的知识，成为形象性知识。
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12
按知识的作用及表示分： 事实性知识， 按知识的作用及表示分 ： 事实性知识 ， 过程性知 识，控制性知识
事实性知识（陈述性知识） 事实性知识（陈述性知识）——用于表示描述领域内有 用于表示描述领域内有 关概念、事实、事物的属性及状态等； 关概念、事实、事物的属性及状态等；
事实性知识一般采用直接表达的形式，如用谓词公式表示等。 事实性知识一般采用直接表达的形式，如用谓词公式表示等。
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2
知识定义、分类及表示
知识是智能的基础。 知识是智能的基础。 为了使计算机具有智能， 为了使计算机具有智能 ， 使它能模拟人类的智能 行为，就必须使它具有知识。 行为 ， 就必须使它具有知识 。 但知识是需要用适 当的模式表示出来才能存储到计算机中去的， 当的模式表示出来才能存储到计算机中去的 ， 因 关于知识的表示问题就成为人工智能中的一个 此 关于知识的表示问题 就成为人工智能中的一个 重要的研究课题。 重要的研究课题。
过程性知识——主要指领域知识，用于指出如何处理与 主要指领域知识， 过程性知识 主要指领域知识 问题相关的信息以求得问题的解， 由领域内的规则、 问题相关的信息以求得问题的解 ， 由领域内的规则 、 定律、定理及经验构成； 定律、定理及经验构成；
其表示方法既可以是一组产生式规则，也可以是语义网络等。 其表示方法既可以是一组产生式规则，也可以是语义网络等。
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3
1. 关于知识的定义
信息(information) 信息
信息是伴随着宇宙的形成而产生的， 信息是伴随着宇宙的形成而产生的，它普遍存在于自 然界、人类社会及思维活动中。 然界、人类社会及思维活动中。但怎样给信息下一个 定义呢？ 定义呢？ 由于各学派研究的内容、方法不尽相同， 由于各学派研究的内容、方法不尽相同，对信息产生 了各种各样的看法，信息作为一门新兴学科，由于它 了各种各样的看法，信息作为一门新兴学科， 涉及的领域广，内容丰富，至今还没有一个统一的， 涉及的领域广，内容丰富，至今还没有一个统一的， 为大家所公认的定义。 为大家所公认的定义。
目前人们正在研究利用神经元网络连接机制来表示这种知识。 目前人们正在研究利用神经元网络连接机制来表示这种知识。
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从抽象、整体的观点来分：零级知识，一级知识， 从抽象、整体的观点来分：零级知识，一级知识， 二级知识
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人们所涉及到的知识是十分广泛的。 人们所涉及到的知识是十分广泛的 。 有的属多数人所 熟悉的，有的只是有关专家才掌握的专门领域知识。 熟悉的，有的只是有关专家才掌握的专门领域知识。 对于“ 知识” 难以给出明确的定义， 对于 “ 知识 ” 难以给出明确的定义 ， 只能从不同侧面 加以理解。 加以理解。 Feigenbaum认为知识是经过削减 、 塑造 、 解释和转换 认为知识是经过削减、 认为知识是经过削减 塑造、 的信息。简单地说，知识是经过加工的信息。 的信息。简单地说，知识是经过加工的信息。 Bernstein说知识是由特定领域的描述 、 关系和过程组 说知识是由特定领域的描述、 说知识是由特定领域的描述 成的。 成的。 Hayes-Roth认为知识是事实、信念和启发式规则。 认为知识是事实、 认为知识是事实 信念和启发式规则。
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按知识的确定性来分：确定性知识， 按知识的确定性来分：确定性知识，不确定知识
确定性知识——可以指出其值为“真”或“假”的知识， 可以指出其值为“ 确定性知识 可以指出其值为 的知识， 是精确性知识； 是精确性知识； 不确定性知识——指具有“不确定”特性的知识，它是 指具有“ 不确定性知识 指具有 不确定”特性的知识， 对不精确、不完全及模糊性知识的总称。 对不精确、不完全及模糊性知识的总称。
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按知识的结构及表现形式：逻辑性知识， 按知识的结构及表现形式：逻辑性知识，形象性 知识
逻辑性知识——反映人类逻辑思维过程的知识，如人类的经验性 反映人类逻辑思维过程的知识， 逻辑性知识 反映人类逻辑思维过程的知识 知识。这种知识一般都具有因果关系及难以精确描述的特点， 知识。这种知识一般都具有因果关系及难以精确描述的特点，它 们通常是基于专家的经验，以及对一些事物的直观感觉。 们通常是基于专家的经验，以及对一些事物的直观感觉。
人工智能原理
第二讲
知识表示 之
Introduction
主讲： 主讲：王祖喜 zuxiw@163.com 华中科技大学图像所
2011-1-14
1
本章主要讨论了知识表示问题， 本章主要讨论了知识表示问题 ， 介绍了几种知识 表示方法： 如状态空间法、 问题归约法、 表示方法 ： 如状态空间法 、 问题归约法 、 谓词演 算法、 语义网络法、 框架表示、 面向对象表示、 算法 、 语义网络法 、 框架表示 、 面向对象表示 、 剧本表示、过程表示等。 剧本表示、过程表示等。
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6
知识反映了客观世界中事物间的关系， 知识反映了客观世界中事物间的关系 ， 不同事物或者 相同事物间的不同关系形成了不同的知识。 相同事物间的不同关系形成了不同的知识。
雪是白色的” 是一条知识， 如：“雪是白色的” 是一条知识， 它反映了雪与颜色之间的 关系。 关系。 在人工智能中，这种知识称为“facts”。 人工智能中 这种知识称为“ 。 如果头疼且流鼻涕，则可能是患了感冒“ 而 “如果头疼且流鼻涕，则可能是患了感冒“，反映了头疼 流鼻涕与感冒之间的一种因果关系。 流鼻涕与感冒之间的一种因果关系。 人工智能中 这种知识，即用“如果…则 在 人工智能中 ，这种知识 ，即用“如果 则…”关联起来的知 关联起来的知 识称为“ 识称为“rules”。 。
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3. 知识的分类
按知识的作用范围分：常识性知识，领域性知识。 按知识的作用范围分：常识性知识，领域性知识。
常识性知识——人们普遍知道的知识，适用于所有领域； 人们普遍知道的知识，适用于所有领域； 常识性知识 人们普遍知道的知识 领域性知识——面向某个具体领域的知识，是专业性知 面向某个具体领域的知识， 领域性知识 面向某个具体领域的知识 专家系统主要是以领域性知识为基础建立起来的。 识，专家系统主要是以领域性知识为基础建立起来的。
(2) 不确定性 (Uncertainty)
知识并不总是只有“ 这两种状态， 知识并不总是只有 “ 真 ” 与 “ 假 ” 这两种状态 ， 而是 真假” 之间存在很多中间状态， 在 “ 真假 ” 之间存在很多中间状态 ， 知识的这一特性 称为不确定性。 称为不确定性。
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知识不确定性的原因很多。概括起来有以下几种： 知识不确定性的原因很多。概括起来有以下几种：
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2. 知识的特性
(1) 相对正确性 (Relatively Correct)
知识是人们对客观世界认识的结晶， 知识是人们对客观世界认识的结晶 ， 并且受到长期检 因此在一定条件和环境下， 知识一般是正确的， 验 。 因此在一定条件和环境下 ， 知识一般是正确的 ， 可信任的。 这里的一定条件和环境是必不可少的， 可信任的 。 这里的一定条件和环境是必不可少的 ， 是 知识正确性的前提。 知识正确性的前提。
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8
从知识库观点看， 从知识库观点看，知识是某论域中所涉及的各有关方 状态的一种符号表示。 面、状态的一种符号表示。 知识可从(范围，目的，有效性)加以三维描述。 知识可从(范围，目的，有效性)加以三维描述。其中
知识的范围是由具体到一般 知识的目的是由说明到指定 知识的有效性是由确定到不确定。 知识的有效性是由确定到不确定。 例如“为了证明A→Hale Waihona Puke Baidu，只需证明A∧～ 是不可满足的” 例如“为了证明A→B，只需证明A∧～B是不可满足的”这种知 A→B A∧ 识是一般性、指示性、确定性的。 识是一般性、指示性、确定性的。 而像"桌子有四条腿"这种知识是具体的、说明性、不确定性的。 而像"桌子有四条腿"这种知识是具体的、说明性、不确定性的。
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13
控制性知识——又称深层知识或元知识，是关于如何运 又称深层知识或元知识， 控制性知识 又称深层知识 用已有的知识进行问题求解的知识， 又称“ 用已有的知识进行问题求解的知识 ， 又称 “ 关于知识 的知识” 的知识”。
例如问题求解中的推理策略（正向推理及逆向推理) 例如问题求解中的推理策略（正向推理及逆向推理) ；信息传 如不确定性的传递算法) 搜索策略(广度优先、 播策略 (如不确定性的传递算法)；搜索策略(广度优先、深度 优先、启发式搜索等) 求解策略(求第一个解、全部解、 优先、启发式搜索等)；求解策略(求第一个解、全部解、严格 最优解等) 解、最优解等)。
知识(knowledge) 知识
知识是人们在长期的生活及社会实践中积累起来的对 客观世界的认识与经验， 客观世界的认识与经验 ， 人们把实践中获得的信息关 联在一起，就获得了知识。 联在一起，就获得了知识。
大雁向南飞” 冬天就要来临了“ 如：把“大雁向南飞”与“冬天就要来临了“这两个信息关联 在一起，得到了如下一条知识： 如果大雁向南飞， 在一起，得到了如下一条知识：“如果大雁向南飞，则冬天就 要来临了。 要来临了。”
由随机性引起的不确定性 由模糊性引起的不确定性 由不完全性引起的不确定性 由经验引起的不确定性
(3) 可表示性与可利用性 (Representation and Util ity)
知识是可用适当形式表示出来的， 知识是可用适当形式表示出来的，如：语言、文字、 语言、文字、 图形、神经网络等，所以它才得以被存储并被传播； 图形、神经网络等，所以它才得以被存储并被传播； 知识当然也可被利用， 知识当然也可被利用，我们时时都在利用它解决各种 问题。 问题。
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总结归纳一下，信息的定义包括以下几个要点： 总结归纳一下，信息的定义包括以下几个要点： (1) 信息是客观存在的。控制论的奠基人维纳有一句名言“信息就是信息， 信息是客观存在的。控制论的奠基人维纳有一句名言“信息就是信息， 不是物质，也不是能量”，讲的是信息的客观永恒性； 不是物质，也不是能量” 讲的是信息的客观永恒性； (2) 信息是物质世界普遍存在的东西，一切物质都无时无刻不在发出信息， 信息是物质世界普遍存在的东西，一切物质都无时无刻不在发出信息， 一切信息都是物质产生的。 一切信息都是物质产生的。 (3) 信息是客观世界中各种事物变化和特征的反映。任何事物都在不停地 信息是客观世界中各种事物变化和特征的反映。 运动和变化着，呈现出不同的状态和特征， 运动和变化着，呈现出不同的状态和特征，伴随着的信息也总是在不 断地生长和传递着。 断地生长和传递着。 (4) 信息是客观事物之间全面相互作用、全面相互联系的表征。客观世界 信息是客观事物之间全面相互作用、全面相互联系的表征。 中各种事物在一定条件下相互作用、全面联系， 中各种事物在一定条件下相互作用、全面联系，引起事物的物质结构 和量度的变化，是由信息来表现的。 和量度的变化，是由信息来表现的。 (5) 信息都是要经过传递的。只有传递才能反映事物的存在方式和运动状 信息都是要经过传递的。 任何信息只有经过传递才能被人们接受和利用。 态，任何信息只有经过传递才能被人们接受和利用。 (6) 人们获得了信息，经过加工和有序化过程，实际上就是获得了知识。 人们获得了信息，经过加工和有序化过程，实际上就是获得了知识 就是获得了知识。
在下面讨论的知识表示方法中，一阶谓词逻辑表示法， 在下面讨论的知识表示方法中，一阶谓词逻辑表示法，产生式表示法 都是用来表示这种知识的； 都是用来表示这种知识的；
形象性知识——在人类的思维中，还有一种是形象思维，通过事 在人类的思维中，还有一种是形象思维， 形象性知识 在人类的思维中 物的形象（ 一棵树，看过之后在脑子里建立起的概念） 物的形象（如：一棵树，看过之后在脑子里建立起的概念）建立 起来的知识，成为形象性知识。 起来的知识，成为形象性知识。
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按知识的作用及表示分： 事实性知识， 按知识的作用及表示分 ： 事实性知识 ， 过程性知 识，控制性知识
事实性知识（陈述性知识） 事实性知识（陈述性知识）——用于表示描述领域内有 用于表示描述领域内有 关概念、事实、事物的属性及状态等； 关概念、事实、事物的属性及状态等；
事实性知识一般采用直接表达的形式，如用谓词公式表示等。 事实性知识一般采用直接表达的形式，如用谓词公式表示等。
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知识定义、分类及表示
知识是智能的基础。 知识是智能的基础。 为了使计算机具有智能， 为了使计算机具有智能 ， 使它能模拟人类的智能 行为，就必须使它具有知识。 行为 ， 就必须使它具有知识 。 但知识是需要用适 当的模式表示出来才能存储到计算机中去的， 当的模式表示出来才能存储到计算机中去的 ， 因 关于知识的表示问题就成为人工智能中的一个 此 关于知识的表示问题 就成为人工智能中的一个 重要的研究课题。 重要的研究课题。
过程性知识——主要指领域知识，用于指出如何处理与 主要指领域知识， 过程性知识 主要指领域知识 问题相关的信息以求得问题的解， 由领域内的规则、 问题相关的信息以求得问题的解 ， 由领域内的规则 、 定律、定理及经验构成； 定律、定理及经验构成；
其表示方法既可以是一组产生式规则，也可以是语义网络等。 其表示方法既可以是一组产生式规则，也可以是语义网络等。
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1. 关于知识的定义
信息(information) 信息
信息是伴随着宇宙的形成而产生的， 信息是伴随着宇宙的形成而产生的，它普遍存在于自 然界、人类社会及思维活动中。 然界、人类社会及思维活动中。但怎样给信息下一个 定义呢？ 定义呢？ 由于各学派研究的内容、方法不尽相同， 由于各学派研究的内容、方法不尽相同，对信息产生 了各种各样的看法，信息作为一门新兴学科，由于它 了各种各样的看法，信息作为一门新兴学科， 涉及的领域广，内容丰富，至今还没有一个统一的， 涉及的领域广，内容丰富，至今还没有一个统一的， 为大家所公认的定义。 为大家所公认的定义。
目前人们正在研究利用神经元网络连接机制来表示这种知识。 目前人们正在研究利用神经元网络连接机制来表示这种知识。
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从抽象、整体的观点来分：零级知识，一级知识， 从抽象、整体的观点来分：零级知识，一级知识， 二级知识
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人们所涉及到的知识是十分广泛的。 人们所涉及到的知识是十分广泛的 。 有的属多数人所 熟悉的，有的只是有关专家才掌握的专门领域知识。 熟悉的，有的只是有关专家才掌握的专门领域知识。 对于“ 知识” 难以给出明确的定义， 对于 “ 知识 ” 难以给出明确的定义 ， 只能从不同侧面 加以理解。 加以理解。 Feigenbaum认为知识是经过削减 、 塑造 、 解释和转换 认为知识是经过削减、 认为知识是经过削减 塑造、 的信息。简单地说，知识是经过加工的信息。 的信息。简单地说，知识是经过加工的信息。 Bernstein说知识是由特定领域的描述 、 关系和过程组 说知识是由特定领域的描述、 说知识是由特定领域的描述 成的。 成的。 Hayes-Roth认为知识是事实、信念和启发式规则。 认为知识是事实、 认为知识是事实 信念和启发式规则。
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按知识的确定性来分：确定性知识， 按知识的确定性来分：确定性知识，不确定知识
确定性知识——可以指出其值为“真”或“假”的知识， 可以指出其值为“ 确定性知识 可以指出其值为 的知识， 是精确性知识； 是精确性知识； 不确定性知识——指具有“不确定”特性的知识，它是 指具有“ 不确定性知识 指具有 不确定”特性的知识， 对不精确、不完全及模糊性知识的总称。 对不精确、不完全及模糊性知识的总称。
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按知识的结构及表现形式：逻辑性知识， 按知识的结构及表现形式：逻辑性知识，形象性 知识
逻辑性知识——反映人类逻辑思维过程的知识，如人类的经验性 反映人类逻辑思维过程的知识， 逻辑性知识 反映人类逻辑思维过程的知识 知识。这种知识一般都具有因果关系及难以精确描述的特点， 知识。这种知识一般都具有因果关系及难以精确描述的特点，它 们通常是基于专家的经验，以及对一些事物的直观感觉。 们通常是基于专家的经验，以及对一些事物的直观感觉。
人工智能原理
第二讲
知识表示 之
Introduction
主讲： 主讲：王祖喜 zuxiw@163.com 华中科技大学图像所
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本章主要讨论了知识表示问题， 本章主要讨论了知识表示问题 ， 介绍了几种知识 表示方法： 如状态空间法、 问题归约法、 表示方法 ： 如状态空间法 、 问题归约法 、 谓词演 算法、 语义网络法、 框架表示、 面向对象表示、 算法 、 语义网络法 、 框架表示 、 面向对象表示 、 剧本表示、过程表示等。 剧本表示、过程表示等。
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知识反映了客观世界中事物间的关系， 知识反映了客观世界中事物间的关系 ， 不同事物或者 相同事物间的不同关系形成了不同的知识。 相同事物间的不同关系形成了不同的知识。
雪是白色的” 是一条知识， 如：“雪是白色的” 是一条知识， 它反映了雪与颜色之间的 关系。 关系。 在人工智能中，这种知识称为“facts”。 人工智能中 这种知识称为“ 。 如果头疼且流鼻涕，则可能是患了感冒“ 而 “如果头疼且流鼻涕，则可能是患了感冒“，反映了头疼 流鼻涕与感冒之间的一种因果关系。 流鼻涕与感冒之间的一种因果关系。 人工智能中 这种知识，即用“如果…则 在 人工智能中 ，这种知识 ，即用“如果 则…”关联起来的知 关联起来的知 识称为“ 识称为“rules”。 。
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3. 知识的分类
按知识的作用范围分：常识性知识，领域性知识。 按知识的作用范围分：常识性知识，领域性知识。
常识性知识——人们普遍知道的知识，适用于所有领域； 人们普遍知道的知识，适用于所有领域； 常识性知识 人们普遍知道的知识 领域性知识——面向某个具体领域的知识，是专业性知 面向某个具体领域的知识， 领域性知识 面向某个具体领域的知识 专家系统主要是以领域性知识为基础建立起来的。 识，专家系统主要是以领域性知识为基础建立起来的。
(2) 不确定性 (Uncertainty)
知识并不总是只有“ 这两种状态， 知识并不总是只有 “ 真 ” 与 “ 假 ” 这两种状态 ， 而是 真假” 之间存在很多中间状态， 在 “ 真假 ” 之间存在很多中间状态 ， 知识的这一特性 称为不确定性。 称为不确定性。
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知识不确定性的原因很多。概括起来有以下几种： 知识不确定性的原因很多。概括起来有以下几种：
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2. 知识的特性
(1) 相对正确性 (Relatively Correct)
知识是人们对客观世界认识的结晶， 知识是人们对客观世界认识的结晶 ， 并且受到长期检 因此在一定条件和环境下， 知识一般是正确的， 验 。 因此在一定条件和环境下 ， 知识一般是正确的 ， 可信任的。 这里的一定条件和环境是必不可少的， 可信任的 。 这里的一定条件和环境是必不可少的 ， 是 知识正确性的前提。 知识正确性的前提。
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从知识库观点看， 从知识库观点看，知识是某论域中所涉及的各有关方 状态的一种符号表示。 面、状态的一种符号表示。 知识可从(范围，目的，有效性)加以三维描述。 知识可从(范围，目的，有效性)加以三维描述。其中
知识的范围是由具体到一般 知识的目的是由说明到指定 知识的有效性是由确定到不确定。 知识的有效性是由确定到不确定。 例如“为了证明A→Hale Waihona Puke Baidu，只需证明A∧～ 是不可满足的” 例如“为了证明A→B，只需证明A∧～B是不可满足的”这种知 A→B A∧ 识是一般性、指示性、确定性的。 识是一般性、指示性、确定性的。 而像"桌子有四条腿"这种知识是具体的、说明性、不确定性的。 而像"桌子有四条腿"这种知识是具体的、说明性、不确定性的。
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控制性知识——又称深层知识或元知识，是关于如何运 又称深层知识或元知识， 控制性知识 又称深层知识 用已有的知识进行问题求解的知识， 又称“ 用已有的知识进行问题求解的知识 ， 又称 “ 关于知识 的知识” 的知识”。
例如问题求解中的推理策略（正向推理及逆向推理) 例如问题求解中的推理策略（正向推理及逆向推理) ；信息传 如不确定性的传递算法) 搜索策略(广度优先、 播策略 (如不确定性的传递算法)；搜索策略(广度优先、深度 优先、启发式搜索等) 求解策略(求第一个解、全部解、 优先、启发式搜索等)；求解策略(求第一个解、全部解、严格 最优解等) 解、最优解等)。